QUANTENTECHNOLOGIEN IN DER MEDIKAMENTENENTWICKLUNG

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Was?
Quantencomputer und quantenbasierte KI-Verfahren könnten die Entwicklung neuer Medikamente grundlegend verändern. Die Suche nach neuen Wirkstoffen ist langwierig und teuer – die Entwicklung eines Medikaments braucht oft über zehn Jahre Entwicklungszeit und mehrere Milliarden Euro, unter anderem weil viele Kandidaten erst spät in klinischen Studien scheitern. Quantentechnologien versprechen, molekulare Prozesse präziser zu simulieren und große Datenmengen effizienter auszuwerten als heutige Methoden. Das Potenzial: schnellere Entwicklungszyklen, geringere Kosten und neue Therapien für bisher schwer behandelbare Krankheiten.

Wofür?
In der Medikamentenentwicklung gibt es mehrere Schritte, bei denen Quantentechnologien einen Unterschied machen könnten. Bei der Wirkstoffsuche könnten Simulationen vorhersagen, wie gut ein Molekül an ein Zielprotein bindet – ein entscheidender Faktor für die Wirksamkeit. Bei der Sicherheitsprüfung ließen sich Nebenwirkungen und toxische Eigenschaften früher erkennen, bevor aufwendige Laborversuche beginnen. Besonders interessant ist das für schwere Krankheiten wie Alzheimer oder Krebs, aber auch für seltene Erkrankungen, für die sich kostspielige Forschung heute oft nicht lohnt. Langfristig könnten Quantensimulationen auch personalisierte Therapien unterstützen – indem sie vorhersagen, welcher Wirkstoff bei einem bestimmten genetischen Profil am besten wirkt.

Wie?
Um vorherzusagen, wie ein Wirkstoff im Körper wirkt, muss man das Verhalten seiner Elektronen simulieren – und das wird schnell kompliziert. Mit jedem zusätzlichen Elektron verdoppelt sich grob die Zahl der Zustände, die zu berücksichtigen sind. Klassische Computer müssten all diese Möglichkeiten einzeln speichern und durchrechnen, was bei größeren Molekülen praktisch unmöglich wird. Quantencomputer hingegen können Quantenzustände direkt in ihren Qubits abbilden, ohne sie einzeln aufzulisten – sie sind für solche Aufgaben gewissermaßen von Natur aus geeignet. Ergänzend wird erforscht, ob quantenbasierte KI-Verfahren große Datenmengen aus Studien effizienter analysieren und
Muster erkennen können, die auf vielversprechende Wirkstoffe hinweisen.

Ausblick:
Die Anwendung von Quantentechnologien in der Medikamentenentwicklung befindet sich noch in einem frühen Stadium. Heutige Quantencomputer haben zu wenige Qubits und sind zu fehleranfällig, um pharmazeutisch relevante Moleküle vollständig zu simulieren – bisher gelingen nur Rechnungen an Kleinstmolekülen. Fortschritte zeigen sich in hybriden Ansätzen, die Quanten- und klassische Rechner kombinieren. Zugleich entwickeln sich auch klassische Simulationsmethoden rasant weiter – der Quantenvorteil muss sich also gegen ein bewegliches Ziel behaupten. Gelingen aber Durchbrüche bei Fehlerkorrektur und Skalierung, könnte die Technologie in den kommenden Jahrzehnten die Entwicklung neuer Therapien – auch für bislang schwer behandelbare Krankheiten – deutlich beschleunigen.

Diese Inhalte stammen aus den "Technologie-Steckbriefen", die das Fraunhofer ISI in Modul 1entwickelt hat.